Повідомлення на тему магнітного поля землі. Що таке магнітне поле Землі

Робота з фізики

Учня 10 класу А

Школи №1202

Круглова Єгора

Магнітне поле

У XIX столітті було виявлено зв'язок між електрикою та магнетизмом і виникло уявлення про магнітне поле. За сучасними уявленнями, провідники зі струмом надають силова діяодин на одного не безпосередньо, а через навколишні магнітні поля.

Джерелами магнітного поляє рухомі електричні заряди (струми). Магнітне поле виникає в просторі, що оточує провідники зі струмом, подібно до того, як у просторі, що оточує нерухомі електричні заряди, виникає електричне поле. Магнітне поле постійних магнітів також створюється електричними мікрострумами, що циркулюють усередині молекул речовини (гіпотеза Ампера).

Для опису магнітного поля необхідно ввести силову характеристику поля, аналогічну вектор напруженості електричного поля. Такою характеристикою є вектор магнітної індукції Вектор магнітної індукції визначає сили, що діють на струми або заряди, що рухаються в магнітному полі.

За позитивний напрямок вектора приймається напрямок від південного полюса S до північного полюса N магнітної стрілки, що вільно встановлюється магнітному полі. Таким чином, досліджуючи магнітне поле, створюване струмом або постійним магнітом, за допомогою маленької магнітної стрілки, можна в кожній точці простору

Для того, щоб кількісно описати магнітне поле, потрібно вказати спосіб визначення як напряму вектора але і його модуля.

Модуль вектора магнітної індукції дорівнює відношенню максимального значення сили Ампера, що діє на прямий провідник зі струмом, до сили струму Iу провіднику та його довжині Δ l :

Це співвідношення прийнято називати законом Ампера.

У системі одиниць СІ за одиницю магнітної індукції прийнято індукцію такого магнітного поля, в якому на кожен метр довжини провідника при силі струму 1 А діє максимальна сила Ампера 1 Н. Ця одиниця називається тесла (Тл).

Тесла – дуже велика одиниця. Магнітне поле Землі приблизно дорівнює 0,5 · 10-4 Тл. Великий лабораторний електромагніт може створити поле трохи більше 5 Тл.

Сила Ампера спрямована перпендикулярно вектору магнітної індукції та напрямку струму, що тече по провіднику. Для визначення напрямку сили Ампера зазвичай використовують правило лівої руки: якщо розташувати ліву рукутак, щоб лінії індукції входили в долоню, а витягнуті пальці були спрямовані вздовж струму, відведений великий палець вкаже напрям сили, що діє на провідник.

Правило лівої руки та правило свердловина.

Лінії магнітної індукції полів постійного магніту та котушки зі струмом

Давайте разом розумітися на тому, що таке магнітне поле. Адже багато людей живуть у цьому полі все життя і навіть не замислюються про нього. Час це виправити!

Магнітне поле

Магнітне поле- Особливий вид матерії. Воно проявляється у дії на рухомі електричні заряди і тіла, які мають власний магнітний момент (постійні магніти).

Важливо: на нерухомі заряди магнітне поле діє! Створюється магнітне поле також рухомими електричними зарядами, або електричним полем, що змінюється в часі, або магнітними моментами електронів в атомах. Тобто будь-який провід, яким тече струм, стає також і магнітом!

Тіло, що має власне магнітне поле.

Магніт має полюси, звані північним і південним. Позначення "північний" та "південний" дано лише для зручності (як "плюс" і "мінус" в електриці).

Магнітне поле зображається за допомогою силових магнітних ліній. Силові лінії безперервні та замкнуті, а їх напрямок завжди збігається з напрямком дії сил поля. Якщо навколо постійного магніту розсипати металеву стружку, частинки металу покажуть наочну картину силових ліній магнітного поля, що виходять із північного та входять у південний полюс. Графічна характеристика магнітного поля – силові лінії.

Характеристики магнітного поля

Основними характеристиками магнітного поля є магнітна індукція, магнітний потікі магнітна проникність. Але давайте про все по порядку.

Відразу зазначимо, що всі одиниці виміру наводяться у системі СІ.

Магнітна індукція B - Векторна фізична величина, що є основною силовою характеристикою магнітного поля Позначається буквою B . Одиниця виміру магнітної індукції - Тесла (Тл).

Магнітна індукція показує, наскільки сильне поле, визначаючи силу, з якою воно діє на заряд. Ця силаназивається силою Лоренца.

Тут q - Заряд, v - його швидкість у магнітному полі, B - індукція, F - сила Лоренца, з якою поле діє заряд.

Ф– фізична величина, що дорівнює добутку магнітної індукції на площу контуру та косинус між вектором індукції та нормаллю до площини контуру, через який проходить потік. Магнітний потік – скалярна характеристика магнітного поля.

Можна сказати, що магнітний потік характеризує кількість ліній магнітної індукції, що пронизують одиницю площі. Магнітний потік вимірюється в Веберах (Вб).

Магнітна проникність- Коефіцієнт, що визначає магнітні властивості середовища. Одним із параметрів, від яких залежить магнітна індукція поля, є магнітна проникність.

Наша планета протягом кількох мільярдів років є величезним магнітом. Індукція магнітного поля Землі змінюється залежно координат. На екваторі вона дорівнює приблизно 3,1 на 10 мінус п'ятого ступеня Тесла. До того ж існують магнітні аномалії, де значення та напрямок поля істотно відрізняються від сусідніх областей. Одні з найбільших магнітних аномалій на планеті Курськаі Бразильська магнітні аномалії.

Походження магнітного поля Землі досі залишається загадкою для вчених. Передбачається, що джерелом поля є рідке металеве ядро ​​Землі. Ядро рухається, отже, рухається розплавлений залізо-нікелевий сплав, а рух заряджених частинок - це електричний струм, що породжує магнітне поле. Проблема в тому, що ця теорія ( геодинамо) не пояснює того, як поле зберігається стійким.

Земля – величезний магнітний диполь.Магнітні полюси не збігаються з географічними, хоч і знаходяться в безпосередній близькості. Більше того, магнітні полюси Землі рухаються. Їхнє зміщення реєструється з 1885 року. Наприклад, за останні сто років магнітний полюс у Південній півкулі змістився майже на 900 кілометрів і зараз перебуває у Південному океані. Полюс арктичної півкулі рухається через Північний Льодовитий океан до Східно-Сибірської магнітної аномалії, швидкість його пересування (за даними 2004 року) склала близько 60 кілометрів на рік. Наразі спостерігається прискорення руху полюсів – у середньому швидкість зростає на 3 кілометри на рік.

Яким є значення магнітного поля Землі для нас?Насамперед магнітне поле Землі захищає планету від космічних променів і сонячного вітру. Заряджені частинки далекого космосу не падають прямо на землю, а відхиляються гігантським магнітом і рухаються вздовж його силових ліній. Таким чином, все живе виявляється захищеним від згубної радіації.

За історію Землі відбувалося кілька інверсій(Змін) магнітних полюсів. Інверсія полюсів- Це коли вони міняються місцями. Останній разце явище сталося близько 800 тисяч років тому, а всього геомагнітних інверсій в історії Землі було більше 400. Деякі вчені вважають, що з урахуванням прискорення руху магнітних полюсів наступної інверсії полюсів, що спостерігається, слід очікувати в найближчі пару тисяч років.

На щастя, у нашому столітті зміни полюсів поки що не очікується. Отже, можна думати про приємне і насолоджуватися життям у старому доброму постійному полі Землі, розглянувши основні властивості та характеристики магнітного поля. А щоб Ви могли це робити, існують наші автори, яким можна з впевненістю в успіху доручити частину навчальних турбот! та інші типи робіт ви можете замовити за посиланням.

Згідно з сучасними уявленнями, утворилася приблизно 4,5 млрд. років тому, і з цього моменту нашу планету оточує магнітне поле. Все, що знаходиться на Землі, у тому числі люди, тварини та рослини, піддаються його впливу.

Магнітне поле тягнеться до висоти близько 100 000 км (рис. 1). Воно відхиляє чи захоплює частки сонячного вітру, згубні всім живих організмів. Ці заряджені частинки утворюють радіаційний пояс Землі, а вся область навколоземного простору, де вони знаходяться, називають магнітосферою(Рис. 2). З освітленої Сонцем сторони Землі магнітосфера обмежена сферичною поверхнею з радіусом приблизно 10-15 радіусів Землі, а з протилежного боку вона витягнута подібно до кометного хвоста на відстань до декількох тисяч радіусів Землі, утворюючи геомагнітний хвіст. Магнітосфера відокремлена від міжпланетного поля перехідною областю.

Магнітні полюси Землі

Вісь земного магніту нахилена до осі обертання Землі на 12°. Вона знаходиться приблизно на 400 км осторонь центру Землі. Точки, в яких ця вісь перетинає поверхню планети, - магнітні полюси.Магнітні полюси Землі не збігаються з істинними географічними полюсами. В даний час координати магнітних полюсів такі: північний - 77 ° пн.ш. та 102° з.д.; південний - (65 ° пд.ш. і 139 ° с.д.).

Мал. 1. Будова магнітного поля Землі

Мал. 2. Будова магнітосфери

Силові лінії, що йдуть від одного магнітного полюса до іншого, називаються магнітними меридіанами. Між магнітним та географічним меридіаном утворюється кут, званий магнітним відмінюванням. Кожне місце Землі має свій кут відмінювання. У районі Москви кут відмінювання дорівнює 7° на схід, а Якутську — близько 17° на захід. Це означає, що північний кінець стрілки компаса у Москві відхиляється на Т вправо від географічного меридіана, що проходить через Москву, а Якутську — на 17° ліворуч від відповідного меридіана.

Вільно підвішена магнітна стрілка розташовується горизонтально тільки лінії магнітного екватора, який збігається з географічним. Якщо рухатися на північ від магнітного екватора, північний кінець стрілки буде поступово опускатися. Кут, утворений магнітною стрілкою та горизонтальною площиною, називають магнітним способом. На Північному та Південному магнітних полюсах магнітний спосіб найбільший. Воно дорівнює 90 °. На Північному магнітному полюсі вільно підвішена магнітна стрілка встановиться вертикально північним кінцемвниз, але в Південному магнітному полюсі її південний кінець опуститься вниз. Таким чином, магнітна стрілка показує напрямок силових ліній магнітного нуля над земною поверхнею.

З часом положення магнітних полюсів щодо земної поверхні змінюється.

Магнітний полюс був відкритий дослідником Джеймсом К. Россом у 1831 р. за сотні кілометрів від його нинішнього місцезнаходження. У середньому протягом року він переміщається на 15 км. Останніми роками швидкість переміщення магнітних полюсів різко зросла. Наприклад, Північний магнітний полюс зараз переміщається із швидкістю близько 40 км на рік.

Зміна магнітних полюсів Землі називається інверсією магнітного поля.

Протягом геологічної історії нашої планети земне магнітне поле змінювало свою полярність понад сто разів.

Магнітне поле характеризується напруженістю. У деяких місцях Землі магнітні силові лінії відхиляються від нормального поля, утворюючи аномалії. Наприклад, в районі Курської магнітної аномалії (КМА) напруженість поля вчетверо вища за норму.

Існують добові зміни магнітного поля Землі. Причина цих змін магнітного поля Землі — електричні струми, що витікають в атмосфері на великій висоті. Викликані вони сонячним випромінюванням. Підлога дією сонячного вітру магнітне поле Землі спотворюється і набуває «шлейф» у напрямку від Сонця, який простягається на сотні тисяч кілометрів. Основною причиною виникнення сонячного вітру, як ми вже знаємо, є грандіозні викиди речовини з корони Сонця. Під час руху до Землі вони перетворюються на магнітні хмари і призводять до сильних, іноді екстремальних збурень на Землі. Особливо сильні обурення магнітного поля Землі. магнітні бурі.Деякі магнітні бурі починаються несподівано майже одночасно по всій Землі, а інші розвиваються поступово. Вони можуть тривати кілька годин і навіть доби. Часто магнітні бурі відбуваються через 1-2 дні після сонячного спалахучерез проходження Землі через потік частинок, викинутих Сонцем. Виходячи з часу запізнення швидкість такого корпускулярного потоку оцінюють кілька мільйонів км/год.

Під час сильних магнітних бур порушується нормальна робота телеграфу, телефону та радіо.

Магнітні бурі часто спостерігаються на широті 66-67 ° (в зоні полярних сяйв) і виникають одночасно з полярними сяйвами.

Будова магнітного поля Землі змінюється залежно від широти. Проникність магнітного поля збільшується у бік полюсів. Над полярними областями силові лінії магнітного поля більш менш перпендикулярні земної поверхні і мають воронкоподібну конфігурацію. Через них частина сонячного вітру з денного боку проникає у магнітосферу, а потім і у верхню атмосферу. Сюди ж у період магнітних бур спрямовуються частинки з хвостової частини магнітосфери, досягаючи меж верхньої атмосфери у високих широтах Північної та Південної півкуль. Саме ці заряджені частинки викликають полярні сяйва.

Отже, магнітні бурі та добові зміни магнітного нуля пояснюються, як ми вже з'ясували, сонячним випромінюванням. Але якою є основна причина, що створює постійний магнетизм Землі? Теоретично вдалося довести, що у 99 % магнітне полі Землі викликають джерела, приховані всередині планети. Головне магнітне поле обумовлено джерелами, які у глибинах Землі. Їх можна умовно поділити на дві групи. Основна їх частина пов'язана з процесами в земному ядрі, де внаслідок безперервних та регулярних переміщень електропровідної речовини створюється система електричних струмів. Інша пов'язана з тим, що гірські породи земної кори, намагнічуючись головним електричним полем (полем ядра), створюють власне магнітне поле, яке підсумовується з магнітним полем ядра.

Крім магнітного поля навколо Землі є й інші поля: а) гравітаційне; б) електричне; в) теплове.

Гравітаційним полемЗемлі називають поле сили тяжіння. Вона спрямована по схилу перпендикулярно до поверхні геоїду. Якби в Землі була фігура еліпсоїда обертання і в ньому рівномірно розподілялися б маси, то вона мала нормальне гравітаційне поле. Різниця між напруженістю реального гравітаційного поля та теоретичного – аномалія тяжкості. Різний речовий склад, густина гірських порід викликають ці аномалії. Але можливі інші причини. Їх можна пояснити наступним процесом — врівноваження твердої та відносно легкої земної кори на важчій верхній мантії, де й відбувається вирівнювання тиску вищих шарів. Ці течії викликають тектонічні деформації, рух літосферних плит, і тим самим створюють макрорельєф Землі. Сила тяжіння утримує атмосферу, гідросферу, людей, тварин Землі. Силу тяжкості потрібно обов'язково враховувати щодо процесів у географічній оболонці. Терміном « геотропізм» називають ростові рухи органів рослин, які під впливом сили земного тяжіння завжди забезпечують вертикальний напрямок зростання первинного кореня перпендикулярно поверхні Землі. Гравітаційна біологія використовує рослини як експериментальні об'єкти.

Якщо не зважати на силу тяжкості, неможливо розрахувати вихідні дані для запуску ракет і космічних кораблів, зробити гравіметричну розвідку рудних копалин і, нарешті, неможливо подальший розвитокастрономії, фізики та інших наук.

Більшість планет Сонячна систематією чи іншою мірою мають магнітні поля.
Спеціальний розділ геофізики, що вивчає походження та природу магнітного поля Землі, називається геомагнетизмом. Геомагнетизм розглядає проблеми виникнення та еволюції основної, постійної складової геомагнітного поля, природа змінної складової (приблизно 1% від основного поля), а так само структура магнітосфери – найвищих намагнічених плазмових шарів земної атмосфери, що взаємодіють із сонячним вітром і захищають Землю . Важливим завданням є вивчення закономірностей варіацій геомагнітного поля, оскільки вони зумовлені зовнішніми впливами, пов'язаними насамперед із сонячною активністю.

Це може бути дивно, але сьогодні немає єдиної точки зору на механізм виникнення магнітного поля планет, хоча майже загальновизнаною є гіпотеза магнітного гідродинамо, заснована на визнанні існування струмопровідного рідкого зовнішнього ядра. Теплова конвекція, тобто перемішування речовини у зовнішньому ядрі, сприяє утворенню кільцевих електричних струмів. Швидкість переміщення речовини у верхній частині рідкого ядра буде дещо меншою, а нижніх шарів – більше щодо мантії у першому випадку та твердого ядра – у другому. Подібні повільні течії викликають формування кільцеподібних (тороїдальних) замкнутих за формою електричних полів, що не виходять за межі ядра. Завдяки взаємодії тороїдальних електричних полів із конвективними течіями у зовнішньому ядрі виникає сумарне магнітне поле дипольного характеру, вісь якого приблизно збігається з віссю обертання Землі. Для "запуску" подібного процесу необхідне початкове, хоча б дуже слабке, магнітне поле, яке може генеруватися гіромагнітним ефектом, коли тіло, що обертається, намагнічується в напрямку осі його обертання.

Не останню роль грає і сонячний вітер – потік заряджених частинок, переважно протонів та електронів, що йдуть від Сонця. Для Землі сонячний вітер є потік заряджених частинок постійного напрямку, а це не що інше, як електричний струм.

Відповідно до визначення напрями струму він спрямований у бік, протилежну руху негативно заряджених частинок (електронів), тобто. від Землі до Сонця. Частинки, що утворюють сонячний вітер, що володіють масою та зарядом, захоплюються верхніми шарами атмосфери у бік обертання Землі. У 1958 році було відкрито радіаційний пояс Землі. Це величезна зона в космосі, що охоплює Землю у сфері екватора. У радіаційному поясі основними носіями зарядів є електрони. Їхня щільність на 2 – 3 порядку перевищує щільність інших носіїв зарядів. І таким чином існує електричний струм, викликаний спрямованим круговим рухом частинок сонячного вітру, що захоплюються круговим рухом Землі, що породжує електромагнітне "вихрове" поле.

Слід зазначити, що магнітний потік, викликаний струмом сонячного вітру, пронизує і потік розжареної лави, що обертається разом із Землею всередині неї. В результаті цієї взаємодії в ній наводиться електрорушійна сила, під дією якої тече струм, який створює магнітне поле. Внаслідок цього магнітне поле Землі є результуючим полем від взаємодії струму іоносфери та струму лави.

Реально існуюча картина магнітного поля Землі залежить тільки від зміни струмового шару, а й від магнітних властивостей земної кори, а як і від відносного розташування магнітних аномалій. Тут можна провести аналогію з контуром зі струмом за наявності феромагнітного сердечника і без нього. Відомо, що феромагнітний сердечник як змінює конфігурацію магнітного поля, а й значно посилює його.

Достовірно встановлено, що магнітне поле Землі реагує на сонячну активність, проте якщо пов'язувати виникнення магнітного поля планет тільки з струмовими шарами в рідкому ядрі, що взаємодіють із сонячним вітром, то можна зробити висновок, що планети сонячної системи, що мають однаковий напрямок обертання, повинні мати однаковий напрямок. магнітних полів Однак, наприклад, Юпітер спростовує це твердження.

Цікаво, що при взаємодії сонячного вітру зі збудженим магнітним полем Землі, на Землю діє крутний момент, спрямований у бік обертання Землі. Таким чином, Земля щодо сонячного вітру поводиться аналогічно двигуну постійного струму з самозбудженням. Джерелом енергії (генератором) в даному випадкує Сонце. Оскільки і магнітне поле, і момент, що обертає, що діє на землю, залежать від струму Сонця, а останній від ступеня сонячної активності, то при збільшенні сонячної активності повинен збільшуватися момент, що діє на Землю і збільшуватися швидкість її обертання.

Складові геомагнітного поля

Власне магнітне поле Землі (геомагнітне поле) можна розділити на наступні три основні частини – основне (внутрішнє) магнітне поле Землі, включаючи світові аномалії, магнітні поля локальних областей зовнішніх оболонок; змінне (зовнішнє) магнітне поле Землі.

1. ОСНОВНЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ (внутрішнє) , що зазнає повільних змін у часі (вікові варіації) з періодами від 10 до 10 000 років, зосередженими в інтервалах 10-20, 60-100, 600-1200 і 8000 років. Останній пов'язаний із зміною дипольного магнітного моменту у 1,5–2 рази.

Магнітні силові лінії, створені на комп'ютерній моделі геодинамо, показують, наскільки структура магнітного поля Землі простіше її межами, ніж усередині ядра (сплутані трубочки у центрі). На поверхні Землі більша частиналіній магнітного поля виходить зсередини (довгі жовті трубочки) біля Південного полюса та входить усередину (довгі блакитні трубочки) біля Північного.

Більшість людей зазвичай не замислюються, чому стрілка компаса показує північ чи південь. Але магнітні полюси планети не завжди розташовувалися так, як сьогодні.

Дослідження мінералів показують, що магнітне поле Землі за 4-5 млрд. років існування планети змінювало свою орієнтацію з півночі на південь та назад сотні разів. Однак протягом останніх 780 тис. років нічого подібного не відбувалося, незважаючи на те, що середній період зміни магнітних полюсів – 250 тис. років. Крім того, геомагнітне поле ослабло майже на 10% з того часу, як воно вперше було виміряно в 30-х роках. ХІХ ст. (Тобто майже в 20 разів швидше, ніж якби, втративши джерело енергії, воно знизило свою силу природним шляхом). Чи наступна зміна полюсів?

Джерело коливань магнітного поля заховано у центрі Землі. Наша планета, подібно до інших тіл Сонячної системи, створює своє магнітне поле за допомогою внутрішнього генератора, принцип роботи якого такий самий, як і звичайного електричного, що перетворює кінетичну енергіюсвоїх частинок, що рухаються в електромагнітне поле. У електрогенераторі рух відбувається у витках котушки, а всередині планети чи зірки – у провідній рідкій субстанції. Величезна маса розплавленого заліза об'ємом у 5 разів більше Місяця циркулює у серцевині Землі, утворюючи так зване геодинамо.

За останні десять років вчені розробили нові підходи до дослідження роботи геодінамо та його магнітних властивостей. Супутники передають чіткі моментальні фото геомагнітного поля на поверхні Землі, а сучасні методи комп'ютерного моделювання та створені в лабораторіях фізичні моделі допомагають інтерпретувати дані орбітальних спостережень. Проведені експерименти наштовхнули вчених на нове пояснення того, як відбувалася переполяризація у минулому та як вона може розпочатись у майбутньому.

У внутрішній будовіЗемлі виділяється розплавлене зовнішнє ядро, де складна конвекція турбулентна генерує геомагнітне поле.

Енергія геодинамо

Що ж приводить у дію геодинамо. До 40-х років. минулого століття фізики визнавали три необхідні умови утворення магнітного поля планети, і подальші наукові побудови виходили з цих положень. Перша умова – великий обсяг електропровідної рідкої маси, насиченої залізом, що утворює зовнішнє ядро ​​Землі. Під ним розташоване внутрішнє ядро ​​Землі, що складається майже із чистого заліза, а над ним – 2900 км твердих порід щільної мантії та тонкої земної кори, що утворює континенти та ложе океану. Тиск на ядро, створюване земною корою та мантією, у 2 млн. разів вище, ніж на Землі. Температура ядра також дуже висока – близько 5000о за Цельсієм, як і температура поверхні Сонця.

Вищеописані параметри екстремального середовища визначають другу вимогу до роботи геодинамо: необхідність джерела енергії для приведення в рух рідкої маси. Внутрішня енергія термального, хімічного походження створює всередині ядра умови виштовхування. Ядро більше розігрівається унизу, ніж нагорі. (Високі температури "замуровані" всередині нього з часів утворення Землі.) Це означає, що більш розігріта, менш щільна металева складова ядра прагне вгору. Коли рідка маса досягає верхніх шарів, вона втрачає частину свого тепла, віддаючи його мантії. Потім рідке залізо остигає, стаючи щільнішим, ніж навколишня маса, і опускається. Процес переміщення тепла шляхом підняття та опускання рідкої маси отримав назву теплової конвекції.

Третє необхідна умовапідтримки магнітного поля – обертання Землі. Виникаюча при цьому сила Коріоліса відхиляє рух рідкої маси, що піднімається всередині Землі так само, як вона повертає океанічні течії і тропічні циклони, вихори переміщення яких видно на космічних знімках. У центрі Землі сила Коріоліса закручує рідку масу, що піднімається, у штопор або спіраль, подібно до відірваної пружини.

Земля має насичену залізом рідку масу, зосереджену в її центрі, енергію, достатню для підтримки конвекції, і силу Коріоліса, що закручує конвекційні потоки. Цей чинник украй важливий підтримки роботи геодинамо протягом мільйонів років. Але потрібні нові знання, щоб відповісти на питання про те, як утворюється магнітне поле і чому час від часу полюси міняються місцями.

Переполяризація

Вчені давно задавалися питанням, чому магнітні полюси Землі іноді міняються місцями. Останні дослідження вихрових переміщень розплавлених мас усередині Землі дозволяють зрозуміти, як відбувається переполяризація.

Магнітне поле, значно інтенсивніше і складніше поля ядра, всередині якого і утворюються магнітні коливання, було виявлено на межі мантії та ядра. Виникають у серцевині електроструми перешкоджають безпосереднім вимірюванням його магнітного поля.

Важливо, що більшість геомагнітного поля утворюється лише чотирьох великих областях межі ядра і мантії. Хоча геодинамо продукує дуже сильне магнітне поле, лише 1% його енергії поширюється поза ядра. Загальна конфігурація магнітного поля, виміряного на поверхні, носить назву диполя, який більшу частину часу орієнтований по земної осіобертання. Як і в полі лінійного магніту, основний геомагнітний потік спрямований від центру Землі у Південній півкулі та до центру – у Північній. (Стрілка компаса вказує на північний географічний полюс, оскільки поруч знаходиться південний магнітний полюс диполя.) Космічні спостереження показали, що магнітний потік має нерівномірний глобальний розподіл, найбільша напруженість простежується на Антарктичному узбережжі, під Північною Америкою та Сибіром.

Ульріх Крістенсен (Ulrich R. Christensen) з Науково-дослідного інституту Сонячної системи Макса Планка в Катленбурзі-Ліндау, Німеччина, вважає, що ці великі ділянки землі існують тисячі років і підтримуються конвекцією всередині ядра, що постійно розвивається. Чи можуть аналогічні явища бути причиною зміни полюсів? Історична геологія свідчить, що зміни полюсів відбувалися відносно короткі проміжки часу – від 4 тис. до 10 тис. років. Якби геодинамо припинило свою роботу, диполь існував би ще 100 тис. років. Швидка зміна полярності дає підстави вважати, що якесь нестійке становище порушує початкову полярність і викликає нову зміну полюсів.

В окремих випадках таємнича нестійкість може пояснюватись деякою хаотичною зміною структури магнітного потоку, яка лише випадково призводить до переполяризації. Проте частота зміни полярності, що проявляється дедалі стійкіше протягом останніх 120 млн. років, свідчить про можливості зовнішнього регулювання. Однією з причин може бути перепад температури в нижньому шарі мантії, і внаслідок цього – зміна характеру виливів ядра.

Деякі симптоми переполяризації були виявлені під час аналізу карт, які були зроблені з супутників Magsat та Oersted. Готьє Гюло (Gauthier Hulot) та його колеги з Паризького геофізичного інституту відзначили, що тривалі зміни геомагнітного поля виникають на межі ядра та мантії в тих місцях, де напрямок геомагнітного потоку назад нормальному для цієї півкулі. Найбільша з так званих ділянок зворотного магнітного поля простяглася з південного краю Африки на захід до Південної Америки. На цій ділянці магнітний потік спрямований всередину, до ядра, тоді як більшість його в Південній півкулі спрямована з центру.

Райони, де магнітне поле спрямоване в протилежну для цієї півкулі сторону, виникають при випадковому прориві закручених і петляючих ліній магнітного поля за межі ядра Землі. Ділянки зворотного магнітного поля можуть істотно послабити магнітне поле лежить на поверхні Землі, зване диполем, і свідчити початку зміни земних полюсів. Вони з'являються, коли рідка маса, що піднімається, проштовхує горизонтальні магнітні лінії вгору в розплавленому зовнішньому ядрі. Такий конвективний вилив іноді закручує та видавлює магнітну лінію (а). Одночасно сили обертання Землі викликають гвинтову циркуляцію розплаву, яка може затягнути петлю на магнітній лінії, що видавлена ​​(б). Коли сила виштовхує досить велика, щоб викинути петлю з ядра, на межі ядро-мантія утворюється пара ділянок магнітного потоку.

Найсерйозніше відкриття, зроблене при порівнянні останніх вимірювань, отриманих з Oersted, і проведених в 1980 р., полягало в тому, що нові ділянки зворотного магнітного поля продовжують формуватися, наприклад, на межі ядро-мантії під східним узбережжям Північної Америки та Арктикою. Більше того, раніше виявлені ділянки виросли і трохи зрушили у бік полюсів. Наприкінці 80-х років. XX ст. Девід Габбінс (David Gubbins) з Лідського університету в Англії, вивчаючи старі карти геомагнітного поля, зазначив, що поширення, зростання та зміщення у бік полюсів ділянок зворотного магнітного поля пояснює зниження сили диполя в історичному часі.

Згідно з теоретичними положеннями про силові магнітні лінії, що виникають в рідкому середовищі ядра під дією сили Коріоліса малі і великі вихори закручують силові лінії у вузол. Кожен поворот збирає все більше силових ліній у ядрі, посилюючи таким чином енергію магнітного поля. Якщо процес триває безперешкодно, магнітне поле посилюється нескінченно. Однак електричний опір розсіює і вирівнює витки силових ліній настільки, щоб зупинити мимовільне зростання магнітного поля та продовжити відтворення внутрішньої енергії.

Ділянки з інтенсивним магнітним нормальним та зворотним полем формуються на межі ядро-мантія, де малі та великі завихрення взаємодіють з магнітними полями східно-західного напрямку, що описуються як тороїдальні, які проникають усередину ядра. Турбулентні рідинні переміщення можуть закручувати лінії тороїдальних полів у петлі, які називаються полоідальними полями, що мають орієнтацію північ-південь. Іноді закручування відбувається під час підняття текучої маси. Якщо такий вилив досить потужний, то вершина петлі полоидальной виштовхується з ядра (див. врізання зліва). Внаслідок такого виштовхування утворюються дві ділянки, на яких петля перетинає межу ядро-мантія. На одному з них виникає напрямок магнітного потоку, що збігається з загальним напрямомполя диполя в даній півкулі; на іншій же ділянці потік спрямований протилежно.

Коли обертання відносить ділянку зворотного магнітного поля ближче до географічного полюса, ніж ділянку з нормальним потоком, спостерігається ослаблення диполя, який найбільше вразливий поблизу своїх полюсів. Таким чином, можна пояснити зворотне магнітне поле на півдні Африки. При глобальному наступі зміни полюсів ділянки зворотного магнітного поля можуть розростатися по всьому регіону поблизу географічних полюсів.

Контурні карти магнітного поля Землі на межі ядро-мантія, складені за вимірюваннями, зробленими з супутника, показують, що більшість магнітного потоку спрямована від центру Землі в Південній півкулі та до центру в Північній. Але у деяких районах складається зворотна картина. Ділянки зворотного магнітного поля росли в числі і розмірах між 1980 і 2000 р. Якщо вони заповнять весь простір в обох полюсів, то може статися переполяризація.

Моделі зміни полюсів

На картах магнітного поля представлено, як із нормальної полярності більшість магнітного потоку спрямовано від центру Землі ( жовтий колір) у Південній півкулі та до її центру (блакитний колір) у Північній (а). Початок переполяризації відзначається появою кількох ареалів зворотного магнітного поля (блакитний колір у Південній півкулі та жовтий у Північній), що нагадують про утворення його ділянок на межі ядро-мантія. Приблизно за 3 тис. років вони зменшили напруженість поля диполя, яке змінилося слабшим, але складнішим перехідним полем межі ядро-мантія (б). Зміна полюсів стала частим явищем через 6 тис. років, коли межі ядро-мантія стали переважати ділянки зворотного магнітного поля (в). На той час повна зміна полюсів виявилася і поверхні Землі. Але тільки через 3 тис. років відбулася повна заміна диполя, включаючи ядро ​​Землі (г).

Що ж відбувається із внутрішнім магнітним полем сьогодні?

Більшість із нас знає, що географічні полюси постійно здійснюють складні петлеподібні рухи у напрямку добового обертання Землі (прецесія осі з періодом у 25776 років). Зазвичай, ці переміщення протікають поблизу уявної осі обертання Землі і не призводять до помітної зміни клімату. Докладніше про зміщення полюсів. Але мало хто звернув увагу, що наприкінці 1998 року загальна складова цих переміщень змістилася. Протягом місяця полюс змістився у бік Канади на 50 кілометрів. Нині північний полюс "повзе" вздовж 120 паралелі західної довготи. Можна припустити, що якщо нинішня тенденція у переміщенні полюсів триватиме до 2010 року, то північний полюс може зміститися на 3-4 тисячі кілометрів. Кінцева точкадрейфу – Великі Ведмежі озера у Канаді. Південний полюс відповідно зміститься з центру Антарктиди до Індійського океану.

Усунення магнітних полюсів реєструється з 1885 р. За останні 100 років магнітний полюс у південній півкулі перемістився майже на 900 км і вийшов в Індійський океан. Нові дані щодо стану арктичного магнітного полюса (що рухається у напрямку Східно-Сибірської світової магнітної аномалії через Льодовитий океан): показали що з 1973 по 1984 рр. його пробіг становив 120 км, з 1984 по 1994 рр. - Більше 150 км. Характерно, що ці дані розрахункові, але вони підтвердилися конкретними вимірами і північного магнітного полюса. За даними на початок 2002-го року швидкість дрейфу північного магнітного полюса збільшилася з 10 км/рік у 70-х роках, до 40 км/рік у 2001-му року.

З іншого боку, падає напруженість земного магнітного поля, причому дуже нерівномірно. Так, за останні 22 роки вона зменшилася в середньому на 1,7 відсотка, а в деяких регіонах – наприклад, у південній частині Атлантичного океану – на 10 відсотків. Втім, подекуди на нашій планеті напруженість магнітного поля, попри загальну тенденцію, навіть трохи зросла.

Підкреслимо, що прискорення руху полюсів (в середньому на 3 км/рік за десятиліття) та рух їх коридорами інверсії магнітних полюсів (більше 400 палеоінверсій дозволили виявити ці коридори) змушує підозрювати нас про те, що в даному переміщенні полюсів слід вбачати не екскурс. а переполюсування магнітного поля Землі.

Прискорення може довести переміщення полюсів до 200 км на рік, тому інверсія здійсниться набагато швидше, ніж це передбачається дослідниками далекими від професійних оцінок реальних процесів переполюсування.

В історії Землі зміни положення географічних полюсів відбувалися неодноразово, і з цим явищем насамперед пов'язують заледеніння великих областей суші та кардинальні зміни клімату всієї планети. Але відлуння в людської історіїотримала лише остання катастрофа, швидше за все пов'язана зі зрушенням полюсів, що сталася близько 12 тисяч років тому. Усі ми знаємо – Мамонти вимерли. Але все було набагато серйозніше.

Зникнення сотень видів тварин не підлягає сумніву. Про Всесвітній Потоп і Загибель Атлантиди точаться дискусії. Але одне безперечно – відлуння найбільшої катастрофи на пам'яті людства мають під собою реальну основу. І викликана, швидше за все, усуненням полюсів всього на 2000 км.

На моделі нижче представлені магнітне поле всередині ядра (пучок силових ліній у центрі) та поява диполя (довгі вигнуті лінії) за 500 років (а) до середини переполяризації (б) магнітного диполя та через 500 років на етапі її завершення (в).

Магнітне поле геологічного минулого Землі

За останні 150 млн років переполяризація відбувалася сотні разів, про що свідчать мінерали, намагнічені полем Землі під час розігріву гірських порід. Потім породи охолонули, а мінерали зберегли колишню магнітну орієнтацію.

Шкали інверсій магнітного поля: I – останні 5 млн. років; ІІ – за останні 55 млн. років. Чорний колір – нормальна намагніченість, білий колір- Зворотна намагніченість (за У.У. Харленд та ін, 1985)

Інверсії магнітного поля – зміна знака осей симетричного диполя. У 1906 році Б. Брюн, вимірюючи магнітні властивості неогенових, порівняно молодих лав у центральній Франції, виявив, що їх намагніченість протилежна у напрямку сучасного геомагнітного поля, тобто Північний і Південний магнітні полюси як би помінялися місцями. Наявність намагнічених гірських порід є наслідком не якихось незвичайних умов у момент її утворення, а результатом інверсії магнітного поля Землі в даний момент. Звернення полярності геомагнітного поля – найважливіше відкриттяу палеомагнітології, що дозволило створити нову науку магнітостратиграфію, що вивчає розчленування відкладень гірських порід на основі їхньої прямої або зверненої намагніченості. І головне тут полягає у доказі синхронності цих звернень знака в межах усієї земної кулі. У такому разі в руках геологів виявляється дуже дієвий методкореляції відкладень та подій.

У реальному магнітному полі Землі час, протягом якого відбувається зміна знака полярності, то, можливо як коротким, до тисячі років, і становити мільйони років.
Тимчасові інтервали переважання якоїсь однієї полярності отримали назву геомагнітних епох, і частини з них присвоєно імена видатних геомагнітологів Брюнеса, Матуями, Гауса та Гільберта. У межах епох виділяються менші за тривалістю інтервали тієї чи іншої полярності, які називаються геомагнітними епізодами. Найбільш ефектно виявлення інтервалів прямої та зворотної полярності геомагнітного поля було проведено для молодих у геологічному сенсі лавових потоків в Ісландії, Ефіопії та інших місцях. Недолік цих досліджень полягає в тому, що процес виливу лав був уривчастим процесом, тому цілком можливий пропуск будь-якого магнітного епізоду.

Коли з'явилася можливість по відібраним породам одного віку, але взятим на різних континентах, визначати положення палеомагнітних полюсів тимчасового інтервалу, що цікавить нас, то виявилося, що обчислений середній полюс, скажімо, по верхньоюрських породах (170 - 144 млн. років) Північної Америки і такий же полюс такими ж породами Європи будуть знаходитися в різних місцях. Виходило як би два Північні полюси, чого при дипольній системі бути не може. Щоб Північний полюс був один, слід змінити положення континентів лежить на Землі. У нашому випадку це означало зближення Європи та Північної Америки до збігу їх бровок шельфу, тобто до глибин океану приблизно 200 м. Іншими словами, рухаються не полюси, а континенти.

Застосування палеомагнітного методу дозволило здійснити детальні реконструкції розкриття щодо молодих Атлантичного, Індійського, Північного Льодовитого океанів та зрозуміти історію розвитку більш давнього Тихого океану. Сучасне розташування континентів – це результат розколу суперконтиненту Пангея, який розпочався близько 200 млн років тому. Лінійне магнітне поле океанів дає можливість визначити швидкість руху плит, яке малюнок дає найкращу інформацію щодо геодинамічного аналізу.

Завдяки палеомагнітним дослідженням встановили, що розкол Африки та Антарктиди відбувся 160 млн років тому. Найбільш давні аномалії з віком 170 млн. років (середня юра) виявлені по краях Атлантики біля берегів Північної Америки та Африки. Це і час початку розпаду суперматерика. Південна Атлантика виникла 120 - 110 млн. років тому, а Північна значно пізніше (80 - 65 млн. Років тому) і т.д. Подібні прикладиможна навести по кожному з океанів і, як би "читаючи" палеомагнітний літопис, реконструювати історію їх розвитку та переміщення літосферних плит.

Світові аномалії- Відхилення від еквівалентного диполя до 20% напруженості окремих областей з характерними розмірами до 10 000 км. Ці аномальні поля зазнають вікових варіацій, що призводять до змін з часом протягом багатьох років і століть. Приклади аномалій: Бразильська, Канадська, Сибірська, Курська. У ході вікових варіацій світові аномалії зміщуються, розпадаються та виникають знову. На низьких широтах є західний дрейф довготи зі швидкістю 0,2° на рік.

2. МАГНІТНІ ПОЛЯ ЛОКАЛЬНИХ ОБЛАСТВ зовнішніх оболонокз довжиною від кількох до сотень км. Вони обумовлені намагніченістю гірських порід у верхньому шарі Землі, що становлять земну кору і розташовані близько до поверхні. Одна з найпотужніших – Курська магнітна аномалія.

3. ЗМІННЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ (Так само зване зовнішнім) визначається джерелами у вигляді струмових систем, що знаходяться за межами земної поверхні та в її атмосфері. Основними джерелами таких полів та їх змін є корпускулярні потоки замагніченої плазми, що надходять від Сонця разом із сонячним вітром, і формують структуру і форму земної магнітосфери.

Насамперед видно, що ця структура має «шарувату» форму. Однак іноді можна спостерігати «розрив» верхніх шарів, що, очевидно, відбувається під впливом посилення сонячного вітру. Наприклад, як тут:

При цьому від швидкості та щільності Сонячного вітру в такий момент залежить ступінь величини «нагріву», що відображається в колірній гамівід жовтого до фіолетового, що насправді відображає величину тиску на магнітне поле у ​​цій зоні (правий верхній малюнок).

Структура магнітного поля земної атмосфери (зовнішнього магнітного поля Землі)

Земне магнітне поле знаходиться під впливом потоку сонячної намагніченої плазми. Внаслідок взаємодії з полем Землі утворюється зовнішня межа навколоземного магнітного поля, звана магнітопаузою. Вона обмежує земну магнітосферу. Через вплив сонячних корпускулярних потоків розміри та форма магнітосфери постійно змінюються, і виникає змінне магнітне поле, що визначається зовнішніми джерелами. Його змінність зобов'язана своїм походженням струмовим системам, що розвиваються на різних висотах від нижніх шарів іоносфери до магнітопаузи. Зміни магнітного поля Землі у часі, спричинені різними причинами, називаються геомагнітними варіаціями, які різняться як за своєю тривалістю, і по локалізації Землі та її атмосфері.

Магнітосфера - область навколоземного космічного простору, контрольована магнітним полем Землі. Магнітосфера формується внаслідок взаємодії сонячного вітру з плазмою верхніх шарів атмосфери та магнітним полем Землі. За формою магнітосфера є каверною і довгим хвістом, які повторюють форму магнітних силових ліній. Соняшникова точка в середньому знаходиться на відстані 10 земних радіусів, а хвіст магнітосфери тягнеться за орбіту Місяця. Топологія магнітосфери визначається областями вторгнення сонячної плазми всередину магнітосфери та характером струмових систем.

Хвіст магнітосфери утворений силовими лініями магнітного поля Землі, що виходять із полярних областей і витягнутих під дією сонячного вітру на сотні земних радіусів від Сонця в нічний бік Землі. Через війну плазма сонячного вітру і сонячних корпускулярних потоків хіба що обтікають земну магнитосферу, надаючи їй своєрідну хвостату форму.
У хвості магнітосфери, великих відстанях від Землі, напруженість магнітного поля Землі, отже, і їх захисні властивості, послаблюються, і деякі частинки сонячної плазми отримують можливість проникнути і потрапити всередину земної магнітосфери та магнітних пасток радіаційних поясів. Проникаючи в головну частину магнітосфери в область овалів полярних сяйв під дією змінного тиску сонячного вітру і міжпланетного поля, хвіст служить місцем формування потоків частинок, що висипаються, що викликають полярні сяйва і авроральні струми. Магнітосфера відокремлена від міжпланетного простору магнітопаузою. Уздовж магнітопаузи частки корпускулярних потоків обтікають магнітосферу. Вплив сонячного вітру на магнітне поле іноді буває дуже сильним. Магнітопауза – зовнішня межа магнітосфери Землі (або планети), де динамічний тиск сонячного вітру врівноважується тиском власного магнітного поля. При типових параметрах сонячного вітру соняшникова точка віддалена від центру Землі на 9–11 земних радіусів. У період магнітних збурень Землі магнітопауза може заходити за геостаціонарну орбіту (6,6 радіусів Землі). За слабкого сонячного вітру соняшникова точка знаходиться на відстані 15–20 радіусів Землі.

Геомагнітні варіації

Зміна магнітного поля Землі у часі під впливом різних чинників називаються геомагнітними варіаціями. Різниця між спостерігається величиною напруженості магнітного поля і середнім її значенням за будь-який тривалий проміжок часу, наприклад, місяць або рік, називається геомагнітною варіацією. Згідно зі спостереженнями, геомагнітні варіації безперервно змінюються в часі, причому такі зміни часто мають періодичний характер.

Добові варіації Геомагнітні поля виникають регулярно в основному за рахунок струмів в іоносфері Землі, викликаних змінами освітленості земної іоносфери Сонцем протягом доби.

Добова геомагнітна варіація за період 19.03.2010 12:00 до 21.03.2010 00:00

Магнітне поле Землі описується сімома параметрами. Для вимірювання земного магнітного поля в будь-якій точці ми повинні виміряти напрямок і напруженість поля. Параметри, що описують напрямок магнітного поля: відмінювання (D), спосіб (I). D та I вимірюються в градусах. Напруженість загального поля (F) описується горизонтальною компонентою (H), вертикальною компонентою (Z) та північною (X) та східною (Y) компонентами горизотальної напруженості. Ці комопненти можуть бути виміряні в Ерстедах (1 Ерстед = 1 гаусса), але зазвичай - в нанотесла (1нТ х 100 000 = 1 ерстеда).

Нерегулярні варіації магнітного поля виникають внаслідок впливу потоку сонячної плазми (сонячного вітру) на магнітосферу Землі, а також змін усередині магнітосфери та взаємодії магнітосфери з іоносферою.

На малюнку нижче видно (зліва направо) зображення поточних – магнітного поля, тиску, конвекційних потоків в іоносфері, а також графіки зміни величин швидкості та щільності сонячного вітру (V, Dens) та величин вертикальної та східної компонент зовнішнього магнітного поля Землі.

27-денні варіації існують як тенденція до повторення збільшення геомагнітної активності через кожні 27 днів, що відповідають періоду обертання Сонця щодо земного спостерігача. Ця закономірність пов'язана з існуванням довгоживучих активних областей на Сонці, що спостерігаються протягом кількох обертів Сонця. Ця закономірність проявляється у вигляді 27-денної повторюваності магнітної активності та магнітних бур.

Сезонні варіації магнітної активності впевнено виявляються виходячи з середньомісячних даних про магнітної активності, отриманих шляхом обробки спостережень кілька років. Їхня амплітуда збільшується зі зростанням загальної магнітної активності. Знайдено, що сезонні варіації магнітної активності мають два максимуми, що відповідають періодам рівнодення, та два мінімуми, що відповідають періодам сонцестоянь. Причиною цих варіацій є утворення активних областей на Сонці, які групуються в зонах від 10 до 30 ° північної та південної геліографічних широт. Тому в періоди рівнодення, коли площини земного та сонячного екваторів збігаються, Земля найбільш схильна до дії активних областей на Сонці.

11-річні варіації. Найбільш яскраво зв'язок між сонячною активністю та магнітною активністю проявляється при зіставленні довгих рядів спостережень, кратних 11 літнім періодамсонячної активності. Найбільш відомою мірою сонячної активності є кількість сонячних плям. Знайдено, що в роки максимальної кількості сонячних плям магнітна активність також досягає найбільшої величини, проте зростання магнітної активності дещо запізнюється по відношенню до зростання сонячної, так що в середньому це запізнення становить один рік.

Вікові варіації - Повільні варіації елементів земного магнетизму з періодами від декількох років і більше. На відміну від добових, сезонних та інших варіацій зовнішнього походження, вікові варіації пов'язані з джерелами, що лежать усередині земного ядра. Амплітуда вікових варіацій досягає десятків нТл/рік, зміни середньорічних значень таких елементів названі віковим ходом. Ізолінії вікових варіацій концентруються навколо кількох точок – центри чи фокуси вікового ходу, у цих центрах величина вікового ходу сягає максимальних значень.

Магнітна буря – вплив на організм людини

Локальні характеристики магнітного поля змінюються і коливаються іноді протягом багатьох годин, а потім відновлюються до попереднього рівня. Це називається магнітної бурею. Магнітні бурі часто починаються раптово і одночасно по всій земній кулі.

Ударна хвиля сонячного вітру через добу після спалаху на Сонці досягає орбіти Землі та починається магнітна буря. Тяжкохворі явно реагують з перших годин після спалаху на Сонці, решта – з початку бурі на Землі. Загальне для всіх – зміна біоритмів у ці години. Число випадків інфаркту міокарда збільшується наступного дня після спалаху (приблизно в 2 рази більше в порівнянні з магнітоспокійними днями). Цього ж дня починається магнітосферна буря, спричинена спалахом. У абсолютно здорових – активується імунна система, можливо збільшення працездатності, поліпшення настрою.

Примітка:геомагнітний штиль, що триває поспіль кілька днів або більше, діє на організм міського жителя, за багатьма параметрами, як і буря – пригнічуючи, викликаючи депресію та ослаблення імунітету. Легкий "брязкіт" магнітного поля в межах Кр = 0 - 3 допомагає легше переносити перепади атмосферного тиску та інших метеофакторів.

Прийнято наступну градацію величин Kp-індексу:

Kp = 0-1 - геомагнітна обстановка спокійна (штиль);

Kp = 1-2 – геомагнітна обстановка від спокійної до слабкозмущеної;

Kp = 3-4 - від слабообуреної до обуреної;

Kp = 5 і вище – слабка магнітна буря (рівень G1);

Kp = 6 і від – середня магнітна буря (рівень G2);

Kp = 7 і від – сильна магнітна буря (рівень G3); можливі аварії, погіршення самопочуття у метеозалежних людей

Kp = 8 і вище - дуже сильна магнітна буря (рівень G4);

Kp = 9 – екстремально сильна магнітна буря (рівень G5) – максимально можлива величина.

Он-лайн спостереження за станом магнітосфери та магнітними бурями тут:

В результаті численних досліджень, що проводилися в Інституті космічних досліджень (ІКМ), Інституті земного магнетизму, іоносфери та поширення радіохвиль (ІЗМІРАН), Медичної академії ім. І.М. Сєченова та Інституту медико-біологічних проблем РАН, з'ясувалося, що під час геомагнітних бур у пацієнтів з патологією серцево-судинної системи, особливо у перенесли інфаркт міокарда, підскакувало артеріальний тиск, помітно збільшувалася в'язкість крові, сповільнювалася швидкість її перебігу в капілярах, змінювався та активізувалися стресорні гормони.

В організмі деяких здорових людей теж відбувалися зміни, але вони викликали в основному втому, ослаблення уваги, головний біль, запаморочення та серйозну небезпеку не становили. Дещо сильніше на зміни реагував організм космонавтів: у них виникали аритмії та змінювався судинний тонус. Експерименти на орбіті також показали, що стан людини негативно впливають саме електромагнітні поля, а чи не інші чинники, які діють Землі, але виключені у космосі. Крім того, була виявлена ​​ще одна "група ризику" - здорові люди з перенапруженою адаптаційною системою, пов'язаною з впливом додаткового стресу (в даному випадку - невагомості, що також впливає на серцево-судинну систему).

Дослідники дійшли висновку, що геомагнітні бурі викликають такий адаптаційний стрес, як і різка зміна часових поясів, що збиває біологічні добові ритми людини. Раптові спалахи на Сонці та інші прояви сонячної активності різко змінюють щодо регулярні ритми геомагнітного поля Землі, що викликає у тварин і людей збій їх власних ритмів і породжує адаптаційний стрес.

Здорові люди з ним справляються відносно легко, але для людей з патологією серцево-судинної системи, з перенапруженою адаптаційною системою і для новонароджених потенційно небезпечний.

Передбачити реакцію у відповідь неможливо. Все залежить від багатьох факторів: стану людини, від характеру бурі, від частотного спектра електромагнітних коливань і т.д. Поки невідомо, як зміни геомагнітного поля впливають на біохімічні та біофізичні процеси, що відбуваються в організмі: що є приймачами геомагнітних сигналів-рецепторів, чи реагує людина на вплив електромагнітне випромінюваннявсім організмом, окремими органами чи навіть окремими клітинами. В даний час з метою вивчення впливу сонячної активності на людей відкривається геліобіологічна лабораторія в Інституті космічних досліджень.

9. Н.В.Короновський. МАГНІТНЕ ПОЛЕ ГЕОЛОГІЧНОГО МИНУЛОГО ЗЕМЛІ // Московський державний університетім. М.В.Ломоносова. Соросовський Освітній Журнал, N5, 1996, стор. 56-63

Довідка

Гаусс (російське позначення Гс, міжнародне - G) - одиниця виміру магнітної індукції у системі СГС. Названа на честь німецького фізика та математика Карла Фрідріха Гауса.

1 Гс = 100 мкТл;

1 Тл = 104 Гс.

Може бути виражена через основні одиниці виміру системи СГС наступним чином: 1 Гс = 1 г 1/2 см −1/2 .с −1 .

Досвід

Джерело:підручники фізики з магнетизму, беркліївський курс.

Тема: магнітні поля в речовині.

Ціль:з'ясувати, як різні речовини реагують на магнітне поле.

Уявімо деякі досліди з дуже сильним полем. Припустимо, що ми зробили соленоїд із внутрішнім діаметром 10 см і довжиною 40 см.

1. Конструкція котушки, що створює потужне магнітне поле. Показано поперечний переріз обмотки, по якій тече вода, що охолоджує. 2. Крива величини поля 2 на осі котушки.

Його зовнішній діаметр дорівнює 40 см і більша частина простору заповнена мідною обмоткою. Така котушка забезпечить постійне поле 30 000 гсу центрі, якщо до неї підвести 400 квтелектричної потужності та постачати водою близько 120 лза хвилину для відведення тепла.

Ці конкретні дані наводяться з метою показати, що хоча прилад і не є нічого незвичайного, він є все ж таки досить поважним лабораторним магнітом.

Величина поля в центрі магніту приблизно в 10 5 разів більша за магнітне поле Землі і, ймовірно, в 5 або 10 разів сильніша за поле поблизу будь-якого магнітного залізного стрижня або підковоподібного магніту!

Поблизу центру соленоїда поле є досить однорідним і зменшується приблизно вдвічі на осі поблизу кінців котушки.

Висновки

Отже, як показують досліди, у подібних магнітів величина поля (тобто індукція чи напруженість) як усередині магніту, і зовні майже п'ять порядків перевищує величину поля Землі.

Також, всього вдвічі – не «в рази!» - Вона менша зовні магніту.

І в той же час у 5-10 разів більше сили звичайного постійного магніту.

Середня напруженість поля землі лежить на поверхні становить близько 0,5Е (5.10 -5 Тл)

Проте, вже за кількасот метрів (якщо не десятків) від такого магніту магнітна стрілка компаса не реагує ні на включення, ні на вимкнення струму.

При цьому вона добре реагує на поле землі або його аномалії за найменшої зміни положення. Про що це каже?

Насамперед, про явно занижену цифру індукції магнітного поля землі - тобто не саму індукцію, а те, як ми її вимірюємо.

Ми вимірюємо реакцію рамки зі струмом, кут її повороту в магнітному полі землі.

Будь-який магнітометр побудований на принципі виміру не безпосередньо, а побічно:

Тільки характером зміни значення напруженості;

Тільки на поверхні землі, біля неї в атмосфері та у ближньому космосі.

Джерела поля із конкретним максимумом ми не знаємо. Ми вимірюємо лише різницю величини поля в різних точках, причому градієнт напруженості не надто сильно змінюється з висотою. Жодні математичні викладки з визначенням максимуму при використанні класичного підходу тут не працюють.

Вплив магнітного поля - експерименти

Відомо, що навіть сильні магнітні поля не мають жодного впливу на хімічні та біохімічні процеси. Ви можете помістити руку (без ручного годинника!) у соленоїд з полем у 30 кгсбез будь-яких помітних наслідків. Важко сказати, до якого класу речовин належить ваша рука – до парамагнетиків чи діамагнетиків, але сила, що діє на неї, становитиме, у будь-якому випадку, не більше кількох грамів. Цілі покоління мишей виводилися та вирощувалися у сильних магнітних полях, які не чинили на них помітного впливу. Інші біологічні експерименти також не виявили цікавих магнітних впливів на біологічні процеси.

Важливо пам'ятати!

Неправильно вважати, що слабкі ефекти завжди проходять без наслідків. Подібні міркування могли б привести до висновку, що вага не має енергетичного значення в молекулярному масштабі, проте дерева на схилі пагорба ростуть вертикально. Пояснення, мабуть, полягає в сумарній силі, що діє на біологічний об'єкт, розміри якого набагато більші за розміри молекули. Справді, аналогічне явище («тропізм») було експериментально продемонстровано у разі сіянців, які ростуть у присутності дуже неоднорідного магнітного поля.

До речі, якщо ви помістите голову в сильне магнітне поле і похитуєте нею, то ви відчуєте «смак» електролітичного струму в роті, що є доказом присутності індукованої електрорушійної сили.

При взаємодії з речовиною ролі магнітного та електричного полів різні. Оскільки атоми і молекули складаються з електричних зарядів, що повільно рухаються, електричні сили при молекулярних процесах домінують над магнітними.

Висновки

Вплив магнітного поля такого магніту на біологічні об'єкти лише укус комара. Будь-яке жива істотаабо рослина постійно перебувають під впливом земного магнетизму куди сильнішого.

Тому й не помітна дія неправильно вимірюваного поля.

Розрахунки

1 гаус = 1 10 -4 тесла.

Одиницею напруженості геомагнітного поля (Т) у системі Сі є ампер на метр (А/м). У магніторозвідці застосовувалася й інша одиниця Ерстед (Е) або гама (Г), що дорівнює 10 -5 Е. Однак практично вимірюваним параметром магнітного поля є магнітна індукція (або щільність магнітного потоку). Одиницею магнітної індукції у системі Сі є тесла (Тл). У магніторозвідці використовується дрібніша одиниця нанотесла (нТл), що дорівнює 10 -9 Тл. Так як для більшості середовищ, в яких вивчається магнітне поле (повітря, вода, абсолютна більшість немагнітних осадових порід), кількісно магнітне поле Землі можна вимірювати або в одиницях магнітної індукції (в нТл), або у відповідній їй напруженості поля - гамма.

На малюнку представлена ​​повна напруженість магнітного поля Землі для епохи 1980 р. Ізолінії Т проведено через 4 мкТл (з книги П.Шарма "Геофізичні методи регіональної геології").

Таким чином

На полюсах вертикальні складові магнітної індукції приблизно дорівнюють 60 мкТл, а горизонтальні - нулю. На екваторі горизонтальна складова приблизно дорівнює 30 мкТл, а вертикальна – нулю.

Саме таким чином сучасна наукапро геомагнетизм давно відмовилася від основного принципу магнетизму, два магніти, розташовані плазом один до одного, прагнуть з'єднатися різними полюсами.

Тобто, судячи з останньої фрази на екваторі сили (вертикальної складової), що притягує магніт до землі немає! Як і відразливою!

Такі два магніти не притягуються? Тобто немає сили тяжіння, а чи є сила розтягнення? Нонсенс!

Зате на полюсах за такого розташування магніту вона є, але горизонтальна сила пропадає.

Причому різниця всього в 2 рази, між цими складовими!

Просто беремо два магніти і переконуємося, що за такого стану магніт спочатку розгортає, а потім притягує. Південний ПОЛЮС до північного ПОЛЮСУ!